DE954361C - Bolometeranordnung - Google Patents

Description

• Bolometeranordnung Die Erfindung bezieht sich auf Bolometeranordnungen, bei denen ein nach Maßgabe einer Meßgröße bewegter, vorzugsweise nach Art einer Fahne ausgebildeter Abkühlungskörper guter Wärmeleitfähigkeit und vorzugsweise großen Wärmeabsorptionsvermögens die Abkühlung eines oder mehrerer beheizter, in natürlichem Wärmeaustausch mit der Umgebung stehender Widerstände - in Abhängigkeit von seiner Lage zu diesen - durch Wärmeentzug steuert. Vorzugsweise soll hierbei die Erfindung bei solchen Bolometeranordnungen angewendet werden, beii denen die von der Wärmeentzugsfahne gesteuerten Widerstände Teile eines Brücken-Widerstandsthermometers sind.
• Bei den bisher bekanntgewordenen Anordnungen dieser Art, die in der Meß-, Steuer- und Regeltechnik bekanntlich in großem Umfang z. B. in Form von Bolometerlehren, Bolometerrelais, Bolometerverstärkern usw. Anwendung finden, sind die gesteuerten Widerstände und die Fahne in parallelen Ebenen mit gleichbleibendem Abstand angeordnet, und die Fahne bewegt sich in der Fahnenebene an den Widerständen vorbei.
• Bei der im folgenden beschriebenen Bolometeranordnung soll nun erfindungsgemäß die Bewegung der dem gesteuerten Widerstand bzw. Widerständen gegenüberstehenden Abkühlungsfahne senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Fahnenfläche erfolgen. Bei dieser Anordnung wird die Fahne bei ihrer Bewegung mit ihrer Gesamtfläche dem Widerstand - z. B. einer Wendel - genähert bzw. von diesem entfernt. Sind also beispielsweise zwei sich gegenüberstehende Steuerheizwiderstände vorgesehen - was häufig der Fall ist, so bewegt sich die Abkühlungsfahne also in einem solchen Falle im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen zwischen diesen Widerständen.
• Eine solche Ausbildung der Bolometeranordnung bringt ganz wesentliche Verbesserungen der bekannten Einrichtungen.
• Die Abkühlungsfahne kann bis zur Berührung an den zu steuernden Widerstand herangeführt werdèn, so daß ein Maximum der Wärmeabführung durch Strahlung und zusätzlich noch eine direkte Wärmeableitung durch Berührung erreicht wird.
• Durch diese Maßnahme erhält man also eine erhebliche Leistungssteigerung gegenüber den bekannten Anordnungen, bei denen immer ein gewisser Mindestabstand zwischen Fahne und Widerstand von vornherein eingehalten werden muß. Eine weitere Wirkungssteigerung erreicht man, wenn man hierbei nicht - wie bisher üblich - gestreckte Widerstände als Steuerwiderstände verwendet, sondern Drahtwendeln. Bei wendelförmiger Ausbildung der Steuerwiderstände kann man auf gleicher Strecke eine sehr viel größere Drahtlänge unterbringen.
• Versuche haben gezeigt, daß die Abkühlung an nur einem geringen Umfangsbereich der Wendel genügt, um bereits eine starke Temperatursenkung der Gesamtwendel zu erreichen, vor allem dann, wenn diese aus Material mit guter Wärmeleitfähigkeit (Nickel oder besser Gold) hergestellt ist.
• Den gesteuerten Heizwendeln kann man schließlich noch eine flachgedrückte Form geben. Es tritt dann eine relativ große Drahtlänge in den Bereich der Abkühlung, wodurch sich eine weitere Wirkungssteigerung erzielen läßt.
• Der eine Vorteil der Erfindung besteht also nach vorstehendem darin, Idaß gegenüber den bisher bekannten Bolometeranordnungen der gleichen Art eine wesentlich größere Steuerleistung erreicht wird. Begnügt man sich aber umgekehrt mit der Steuerleistung, die die bisherigen Anordnungen aufzuweisen hatten, so ergibt sich der Vorteil, daß man mit erheblich niedrigeren Betriebstemperaturen auskommt. Dies ist deshalb bedeutungsvoll, weil die bisher erforderlich gewesenen Heiztemperaturen den Einsatz der Bolometer für viele Aufgaben von vornherein ausschlossen.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die bei den bekannten Bolometeranordnungen der eingangs beschriebenen Art erforderliche schwierige und kritische Justierung des einzuhaltenden Abstandes einer am Widerstand vorbeizuführenden Abkühlungsfahne bei der Anordnung gemäß der Erfindung fortfällt.
• Ein weiterer, ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu erblicken, daß die gesteuerten Widerstände, also z. B. die Heizwendeln, selbst als Begrenzungsanschläge für die Bewegung der Abkühlungsfahne verwendet werden können. Hierdurch erzielt man eine überraschende Wirkung: Bekanntlich ist das Klebenbleiben eines z. B. GaLvanometer.zeigers an einem Anschlag nicht zuverlässig zu vermeiden Es hat sich nun gezeigt, daß beim Anschlag an eine beheizte Wendel dieser Klebeeffekt auf ein Minimum verringert wird, offenbar deshalb, weil an der Berührungsstelle sich unter dem Einfluß der Lufterhitzung Strömungen ergeben, die ein dünnes Luftpolster zwischen Fahne und Wendeloberfläche aufrechterhalten.
• Zur restlosen Beseitigung des Klebeeffektes wird in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die Steuerwiderstände mit Wechselstrom oder pulsierendem Gleichstrom zu beheizen und diese Steuerwiderstände einem konstanten Magnetfeld auszusetzen. Auf diese Weise werden die als Anschläge wirkenden -Steuerwiderstände einer wechselnden Kraft ausgesetzt, die sie zu kleinen Bewegungen im Rhythmus der Wechselstromfrequenz (z. B. Netzfrequenz) veranlaßt. Auf einen besonderen Magnet kann man verzichten, wenn beispielsweise die Abkühlungsfahne am Zeiger eines Galvanometers sitzt und die-Steuerwiderstände im Streufeld des Permanentmagneten dieses Galvanometers liegen.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgedankens werden Steuerwiderstand und Abkühlungsfahne geneigt zur Lotrichtung angeordnet.
• Hierdurch werden nachteilige Einwirkungen der an den Steuerwiderständen aufsteigenden erhitzten Luft auf die Abkühlungsfahne, welche bei extrem richtschwachen Meßwerken gelegentlich zu beobachten sind, vermieden. Die Kräfte, die durch den Sog des aufsteigenden Luftstromes das Abkühlungsblech an den Steuerwideystand heranzuziehen suchen, werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung ausgeglichen durch die Kräfte, die der aufsteigende Luftstrom gegen die geneigte Abkühlungsfahne ausübt. Sind z. B. zwei gegenüberstehende gesteuerte Heizwendeln in der Anordnung vorgesehen, so ordnet man diese V-förmig an und bildet die Abkühlungsfahne, die sich zwischen diesen Widerständen bewegt, als Doppelfahne aus, wobei die beiden Fahnenteile dann ebenfalls V-förmig zueinanderstehen.
• Es sei ausdrücklich noch darauf verwiesen, daß von dem der Anmeldung zugrunde liegenden Haupterfindungsgedanken selbstverständlich auch in der Weise Gebrauch gemacht werden kann, daß nicht der Abkühlungskörper, sondern umgekehrt der (bzw. die) gesteuerte(n) Widerstand(e) nach Maßgabe der Meßgröße bewegt wird. Solche Anordnungen wären z. B. in den Fällen denkbar, wo man es mit Meßwerkorganen nicht allzu kleiner Richtkraft zu tun hat und es weniger auf eine Verstärkung des Drehmomentes als auf eine Vergrößerung der Anzeige bzw. auf eine Umwandlung in eine elektrigche Anzeige ankommt.
• Nachstehend sind unter Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnung drei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
• Abb. I: Mit I ist das bewegliche Spulensystem eines in seinen Einzelheiten nicht weiter dargestellten Galvanometers bezeichnet. Der Galvanometerzeiger 2 trägt die Bolometerfahne 3. 4, 5, 6 und 7 sind die vier Widerstände eines Brücken-Widerstandsthermometers, von denen die in benachbar- ten Brückenzweigen liegenden Widerstände 5 und 7 die in ihrer Abkühlung von der Fahne 3 geste,uerten beheizten Drahtwiderstände . darstellen; sie sind, wie ersichtlich, wendelförmig ausgeführt.
• Die Beheizung der Widerstände erfolgt durch den Brückenstrom. Als Spannungsquelle ist im vorliegenden Fall das Wechselstromnetz angenommen unter Verwendung eines vorgeschalteten Gleichrichters 8. Die beheizten, beispielsweise aus Nickel-oder Golddraht hergestellten Heizwendeln 5 und 7 stehen in natürlichem Wärmeaustausch mit der Urngebung. Ihre Abkühlung wird lediglich durch die Annäherung. der Abkühlungsfahne 3 gesteuert.
• Die aus Material guter Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Aluminium, bestehende Fahne entzieht in Abhängigkeit von ihrer Lage zu den Wendeln letzteren mehr oder weniger Wärme. Zur Erzielung einer großen Wärmeabsorptionsfähigkeit ist die Fahne auf ihrer Oberfläche geschwärzt. Diese geschwärzte Oberfläche kann beispielsweise durch anodisch$ Oxydation mit anschließender Schwarzfärbung er- -zielt sein. Dies hat den Vorteil, daß gleichzeitig eine einwandfreie elektrische Isolation der Fahne gegeben ist. Die Anordnung der Fahne zu den Steuerwendeln ist, wie ersichtlich, so getroffen, daß die Fahne sich zwischen den sich gegenüberstehenden Wendeln bewegt, derart, daß sie sich bei ihrer Bewegung mit ihrer ganzen Fläche auf die Wendel zu bzw. von dieser fortbewegt. Besondere Begrenzungsanschläge für diese Bewegung sind nicht vorgesehen, vielmehr dienen die Drahtwendeln selbst als solche. Die Fahnenfläche kann also bis zur Berührung an die Wendel herangeführt werden, so daß bei der Berührung in der Grenzlage nicht nur -ein Wärmeentzug durch Strahlung, sondern auch durch Wärmeleitung erfolgt. Die elektrische Isolation gegen das Meßwerk 1 ist durch die obenerwähnte Oxydschicht auf der Fahnenoberfläche gegeben. Die Wendeln 5 und 7 sitzen an verstellbaren Trägern g und I0, so daß eine einfache Justierung und Bereicheinstellung gegeben ist. Im Streufeld des Permanentmagneten des Galvanometers liegen die Steuerwendeln 5 und 7. Werden sie mit pulsierendem Gleichstrom beheizt, so sind sie damit einer wechselnden Kraft ausgesetzt, die sie zu kleinen Bewegungen im Rhythmus der betreffenden Frequenz veranlaßt. Wie oben eingehend dargelegt, dient diese Maßnahme dazu, den bisher störenden Klebeeffekt eines GalvarJDanieterzeigers an einem Anschlag zu beseitigen. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß dieser Klebeeffekt bei der vorliegenden Anordnung schon dadurch . auf ein Minimum reduziert wird, daß durch den geheizten Anschlag ein dünnes Luftpolster zwischen Fahne und Wendeloberfläche aufrechterhalten wird. Die Wirkungsweise der dargestellten Bolometeranordnung - die beispielsweise dazu dient kleinste Ströme für eine Kontaktgabe auszunutzen - dürfte ohne weiteres verständlich sein, so daß sich weitere Ausführungen hierzu erübrigen.
• Die Abb. Æ der Zeichnung zeigt lediglich eine etwas andere Anordnung der beiden gesteuerten Heizwendeln 5' und 7' und eine etwas abgewan delte Ausbildung der Abkühlungsfahne bei einer sonst wie in Abb. I aufgebauten Bolometeranordnung. Die einander gegenüberstehenden gesteuerten Wendeln 5' und 7' sind geneigt zur Lotrechten angeordnet, und zwar V-förmig. Die sich zwischen ihnen bewegende Abkühlungsfahne ist als Doppelfahne mit den Flächen 3', I3' ausgebildet. Auch die Fahnenteile 3' und I3' sind V-förmig angeordnet.
• Man vermeidet hierdurch, wie bereits ausgeführt, Wirkungen der an den Wendeln aufsteigenden erhitzten Luft auf die Abkühlungsfahne. Die Kräfte, die durch den Sog des aufsteigenden Luftstromes die Fahne an die Wendel heranzuziehen suchen, werden hier durch die Kräfte ausgeglichen, die der aufsteigende Luftstrom gegen die geneigten Fahnenflächen ausübt.
• Ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt die Abb. 3.
• Hier dient die Bolometeranordnung dazu, die kleinen Ausschläge eines Bourdonrohr-Druckmessers 21 mittels eines einfachen elektrischen Strommessers 30 vergrößert anzuzeigen bzw. zum Zweck einer elektrischen Fernübertragung in einen elektrischen Wert zu wandeln. Das Bourdonrohr überträgt seine kleinen Bewegungen über ein Gelenk auf einen bei 3I drehbar gelagerten Hebel 22.
• An seinem verbreiterten linken Ende trägt er die beiden in ihrer Abkühlung gesteuerten Widerstände 23 und 24 eines Brücken-Widerstandsthermomters.
• Diese Widerstände liegen in benachbarten Brückenzweigen. 25 und 26 sind die beiden anderen Festwiderstände der Brücke, welche von der- Stromquelle 32 gespeist wird. In der Brückendiagonale liegt die Drehspule 28 eines Galvanometers mit Richtkraftwirkung. Die Spulendrehachse fällt mit der Hebeldrehachse 3I zusammen. In Reihe mit der Galvanometerspule 28, die durch den Widerstand 29 geshuntet ist, liegt ein. einfacher Strommesser 30. Der Zeiger 33 des Galvanometers trägt an seinem Ende wieder eine Abkühlungsfahne 27, welche zwischen den gesteuerten Widerständen 23 und 24 angeordnet ist und mit ihrer Fläche den wendelförmigen Widerständen gegenübersteht. Bei Auslenkung des Hebels 22 ändern die daran sitzenden Widerstände 23 und 24 ihre Lage zur Abkühlungsfahne 27 und damit ihre Werte. Durch die hierbei eintretende Verstimmung der Brücke wird durch die Galvanometerspule 28 die Abkühlungsfahne den Wendeln 23 und 24 nachgeführt. Die Stromaufnahme der Galvanometerspule ist. somit ein Maß für die Winkelstellung des Hebels 22 und wird an dem mit der Galvanometerspule in Reihe liegenden Strommesser 30 angezeigt.

Claims (1)

1. PATENTANSPROCHE: I. Bolometeranordnung, bei welcher ein nach Maßgabe einer Meßgröße bewegter, vorzugsweise nach Art einer Fahne ausgebildeter Abkühlungskörper guter Wärmeleitfähigkeit und vorzugsweise großen Wärmeabsorptionsvermögens die Abkühlung eines oder mehrerer beheizter, in natürlichem Wärmeaustausch mit der Umgebung stehender Widerstände - in Abhängigkeit von seiner Lage zu diesen -durch Wärmeentzug steuert und bei welcher gesteuerter Widerstand und Abjtühlungsfahne in parallelen (oder annähernd parallelen) Ebenen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der dem gesteuerten Widerstand bzw. Widerständen gegenüberstehenden Abkühlungsfahne senkrecht oder im wesentlichen senk- -recht zur Fahnenfläche erfolgt.

   2. Bolometeranordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Widerstände selbst als Begrenzungsanschläge für die Bewegung der Abkühlungsfahne dienen.

   3. Bolometeranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beheizung der gesteuerten Widerstände durch Wechselstrom oder pulsierenden Gleichstrom diese Widerstände einem konstanten Magnetfeld ausgesetzt sind.

   4. Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gesteuerter Widerstand und Abkühlungsfahne geneigt zur Lotrichtung angeordnet sind.

   5. Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Widerstände in an sich bekannter Weise Teile eines Brücken-Widerstandsthermometers sind.

   6. Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Widerstände wendelförmig ausgebildet sind.

   7. Bolometeranordnung nach Anspruch 5 und 6 mit zwei sich gegenüberstehenden, vorzugsweise wendelförmigen gesteuerten Widerständen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsfahne sich zwischen den Widerständen bewegt.

   S. Bolcmeteranordnung nach Anspruch 2 und 7, dadurch' gekennzeichnet, daß die gesteuerten wendelförmigen Widerstände die Begrenzungsanschläge für die Bewegung der Abkühlungsfahne darstellen. -9. Bolometeranordnung nach Anspruch 4 mit zwei gegenüberstehenden gesteuerten Widerständen und zwischen dieser bewegter Abkühlungsfahne, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände V-förmig angeordnet sind und daß die Abkühlungsfahne als Doppelfahne mit ebenfalls V-förmig angeordneten Fahnenteilen ausgebildet ist.

   Io. Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsfahne in an sich bekannter Weise am Zeiger eines Galvanometers sitzt.

   11. Bolometeranordnung nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verzicht auf einen- besonderen Magnet die gesteuerten Widerstände dem Streufeld des Galvanometer-Permanentmagneten ausgesetzt sind.

   I2. Bolometeranordnung nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des gesteuerten Widerstandes zur Abkühlungsfahne bzw. der gegenseitige Abstand der gesteuerten Widerstände einstellbar ist.

   13. Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche I bis I2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Widerstände aus Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise aus Golddraht bestehen.

   14. Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche I bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsfahne eine anodisch oxydierte, schwarzgefärbte Oberfläche besitzt.

   I5. Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche I bis I4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Widerstände flachgedrückte Heizwendel sind.

   I6. Anderung der Bolometeranordnung nach Anspruch I in der Weise, daß umgekehrt der (bzw. die)gesteuerte(n) Widerstand(e) nach Maßgabe dier M,eßgröße senkrecht (bzw. im wesentlichen senkrecht) zur Fläche der gegenüberstehenden Abkühlungsfahne (bzw. Abküh-Lungskörp,ers) bewegt wird.

   17. Bolometeranordnung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die sinngemäße Anwendung der Merkmale nach einem der Ansprüche 2 bis 15.

   I8. Bolometeranordnung nach Anspruch I6, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere gesteuerte Widerstände eines Brücken-Widerstandsthermometers am drehbaren Meßwerkteil eines Instrumentes (z. B. eines Druckmessers) angeordnet sind und daß die Abkühlungsfahne am Zeiger eines Galvanometers mit Richtkraft sitzt,. dessen Spulendrehachse mit der Drehachse des Meßwerkteiles vorzugsweise zusammenfällt und dessen vorzugsweise geshuntete Drehspule in Reihe mit einem Strommesser in der Brückendiagonalen des Widerstandsthermometers liegt.